JP2005131770A - 電池パック、電動工具及び電動工具システム - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、電動工具のモータの電流制御及び電池パックの過放電防止の両機能を備えた簡単な構成の安価な電動工具システム、その電池パック及び電動工具を提供する。
【解決手段】 本発明の電動工具は、電池パックの電源出力端子対と接続された電源入力端子対と、各電池セルの電圧のいずれか１つが第１の値より低い時放電停止指令信号を出力する電池パックの放電停止指令信号を入力する放電停止指令信号入力端子と、電源入力端子対に直列に接続されたモータ及び半導体スイッチング素子と、操作部と、操作からの指令に基づいてモータ制御信号を生成し、放電停止指令信号を入力していなければ、モータ制御信号により半導体スイッチング素子を制御し、放電停止指令信号を入力すれば、半導体スイッチング素子を停止させる制御部と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電池パック、電動工具及び電動工具システムに関する。

現在電動工具には、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池が使用されている。ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池にはメモリー効果がある。メモリー効果とは、使い切らない状態で充電してしまうと、その充電レベルを記憶してしまい、容量が残っているのに記憶されたレベルで電圧が下がってしまうというものである。ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池で動作する電動工具においては、電池を完全に放電することでメモリー効果を解消してきた。

リチウムイオン電池の単位重量当たりのエネルギー密度は、ニッケル水素電池の単位重量当たりのエネルギー密度の約２倍に達する。このため、最近の携帯電話、携帯用パーソナルコンピュータの電池パックはリチウムイオン電池が主流になりつつある。電動工具用電池パックとしてリチウムイオン電池を使用すると、電池パックを小型軽量化で大容量化でき、操作性の良い電動工具を実現できる。しかしながら、リチウムイオン電池はニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池と違って、長期間過放電状態にあると電極が不活性になって、充電しても初期の充電容量に回復できなくなって、寿命が尽きてしまう。リチウムイオン電池の過放電を防止するために、リチウムイオン電池には、電池電圧が設定された電圧よりも低くなると、放電を強制的に遮断する保護回路を設ける必要がある。

特許文献１（特開２００１−３３９８６７号公報）に、従来例のリチウムイオン電池とモータを内蔵する電気機器が開示されている。特許文献１の電気機器は、主として電気かみそりや電動歯ブラシである。図３は、従来例のリチウムイオン電池とモータを内蔵する電気機器の構成を示す回路ブロック図である。図３において、１はリチウムイオン二次電池、２はモータ、３は電池管理回路、４は保護回路、１０は電池パック、１１は充電回路、１２は充電スイッチ、１３は充電制御回路、１４は電源回路、１５は電源スイッチ、１６は第３電圧検出回路、１７は電源ダイオード、１８は電池ダイオード、１９はＬＥＤ、２０は演算回路、２１はスイッチング回路、２２は操作スイッチである。

保護回路４は、主保護回路４Ａとサブ保護回路４Ｂとを有する。主保護回路４Ａは、第１の保護回路４ａと第２の保護回路４ｂとを有する。第１の保護回路４ａは、第１の電圧検出回路５ａと第１のスイッチング素子６ａとを有する。第１のスイッチング素子６ａは、モータ２と直列に接続されている。リチウムイオン二次電池１の電圧が第１設定電圧以下になると、第１のスイッチング素子６ａは、モータ２に流れる電流を遮断する。第２の保護回路４ｂは、第２の電圧検出回路５ｂと第２のスイッチング素子６ｂとを有する。第２のスイッチング素子６ｂは、リチウムイオン二次電池１と直列に接続されている。リチウムイオン二次電池１の電圧が第２設定電圧以下になると、第２のスイッチング素子６ｂは、リチウムイオン二次電池１から流れる電流を遮断する。

特開２００１−３３９８６７号公報

電動工具において、通常２０Ａ〜３０Ａ、最大では１００Ａ程度の電流がそのモータに流れる。現在多く出回っている安価なスイッチング素子は、２０Ａ程度の電流にしか対応できない。１００Ａの電流に対応可能なスイッチング素子は高価であり、このスイッチング素子を２個も使用する電動工具システムは高価なものになってしまうという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、１個の大電流用（例えば１００Ａの電流容量を有する）半導体スイッチング素子のみを使用して、電動工具のモータの電流制御及び電池パックの過放電防止の両機能を行う簡単な構成の安価な電動工具システム、その電池パック及び電動工具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を有する。請求項１に記載の発明は、複数の電池セルを直列接続した電池セル直列体と、各電池セルの電圧を検出し、各電池セルの電圧のいずれか１つが第１の値より低い状態が一定時間継続した時放電停止指令信号を出力する制御部と、前記電池セル直列体の両端子と直接又はヒューズを介して接続された電源出力端子対と、前記放電停止指令信号を出力する放電停止指令信号出力端子と、を有し、負荷である電動工具と着脱可能に接続される接続コネクタと、を有することを特徴とする電池パックである。

本発明は、電池パックにスイッチング素子を設けず、放電停止指令信号出力端子を設け、放電停止指令信号により電動工具のスイッチング素子を遮断させる。これにより、電動工具のスイッチング素子に電動工具のモータの電流制御と、電池パックの過放電防止との２つの役割を果たさせる。本発明の電池パックを用いて、１個の大電流用（例えば１００Ａの電流容量を有する）半導体スイッチング素子のみを使用して、電動工具のモータの電流制御及び電池パックの過放電防止の両機能を行う簡単な構成で安価な電動工具システムを実現出来る。

一般的に時定数遅れは、ノイズ等による誤動作を防止する目的で設けられている。電動工具のモータ始動時の突入電流は大変大きく、電池の内部抵抗により大きな電圧ドロップが発生する。本発明は、時定数遅れを設けることにより、この電圧ドロップに反応しない電動工具システムを実現出来る。
「電動工具」は、例えば穴あけ機（ハンマドリル、電動ハンマを含む。）、締め付け機（インパクトドライバ、電動レンチ、スクリュードライバを含む。）、切断機、切削機、研磨機、セメント等の練り機、墨出し器、草刈器を含む。金工用、石工用、木工用等の用途を含む。

請求項２に記載の発明は、前記制御部は、各電池セルの電圧のいずれか１つが前記第１の値より高い第２の値より高い時、充電停止指令信号を前記放電停止指令信号出力端子又は前記接続コネクタの他の端子から出力することを特徴とする請求項１に記載の電池パックである。
本発明の電池パックには半導体スイッチング素子を設けず、電池パックが充電停止指令信号を出力し、充電停止指令信号により充電器の半導体スイッチング素子を遮断させる。これにより、この半導体スイッチング素子に充電器の電流制御と、電池パックの過充電防止との２つの役割を果たさせる。本発明の電池パックを用いて、１個の大電流用半導体スイッチング素子のみを使用して、充電器の電流制御、及び電池パックの過充電防止の両機能を行う簡単な構成で安価な電動工具システムを実現できる。

請求項３に記載の発明は、前記電池セルの表面温度を検出し、前記電池セルの表面温度が一定値以上になった時放電停止指令信号を出力する温度検出器と、を更に有することを特徴とする請求項１に記載の電池パックである。
リチウムイオン電池は、内部抵抗が大きいため放電時の発熱が大きく、更に高温状態では性能が著しく低下するという特徴がある。本発明は、電池セルの表面温度が一定値以上になったら放電を停止し冷却することにより、高い信頼性を有する電池パックを実現できる。

請求項４に記載の発明は、直列接続した複数の電池セルを有する電池パックの電源出力端子対と接続され前記電池パックから電力の供給を受ける電源入力端子対と、各電池セルの電圧のいずれか１つが第１の値より低い時放電停止指令信号を出力する前記電池パックの放電停止指令信号出力端子と接続される放電停止指令信号入力端子と、を有し、前記電池パックと着脱可能に接続される接続コネクタと、前記電源入力端子対に直列に接続されたモータ及び前記モータの電流を制御する半導体スイッチング素子と、ユーザから操作指令を入力する操作部と、前記操作指令に基づいてモータ制御信号を生成し、前記放電停止指令信号入力端子から前記放電停止指令信号を入力していなければ、前記モータ制御信号により前記半導体スイッチング素子を制御し、前記放電停止指令信号入力端子から前記放電停止指令信号を入力すれば、前記半導体スイッチング素子を停止させる制御部と、を有することを特徴とする電動工具である。

電池パックにスイッチング素子を設けず、放電停止指令信号出力端子を設け、放電停止指令信号を出力させる。本発明の電動工具は、放電停止指令信号を入力すると、通常モータ制御信号により制御する半導体スイッチング素子を遮断させる。これにより、電動工具の半導体スイッチング素子に電動工具のモータの電流制御と、電池パックの過放電防止との２つの役割を果たさせる。本発明は、１個の大電流用半導体スイッチング素子のみを使用して、電動工具のモータの電流制御及び電池パックの過放電防止の両機能を行う簡単な構成で安価な電動工具システムを実現できる。

請求項５に記載の発明は、前記半導体スイッチング素子は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であって、前記モータ制御信号が、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号であることを特徴とする請求項４に記載の電動工具である。この構成により、１つの半導体スイッチング素子を用いて、モータの回転数及び／又はトルク制御と、電池パックの過放電防止の両機能を行うことが出来る。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の電池パックと、請求項４又は請求項５に記載の電動工具と、を有することを特徴とする電動工具システムである。本発明は、１個の大電流用半導体スイッチング素子のみを使用して、電動工具のモータの電流制御、及び電池パックの過放電防止の両機能を行う簡単な構成で安価な電動工具システムを実現できるという作用を有する。

請求項７に記載の発明は、複数の電池セルを直列に接続した電池セル直列体と、前記電池セル直列体と直列に接続され、その電流を制御する半導体スイッチング素子と、前記電池セル直列体と前記半導体スイッチング素子との直列体の両端子と接続され負荷である電動工具に電力を供給する電源出力端子対と、前記電動工具からそのモータを制御するモータ制御信号を入力するモータ制御信号入力端子と、を有し、前記電動工具と着脱可能に接続される接続コネクタと、各電池セルの電圧を検出し、各電池セルの電圧のいずれか１つが第１の値より低い状態が一定時間継続した時は放電停止指令信号を生成し、前記放電停止指令信号を生成していなければ、前記モータ制御信号により前記半導体スイッチング素子を制御し、前記放電停止指令信号を生成していれば、前記半導体スイッチング素子を停止させる制御部と、を有することを特徴とする電池パックである。

本発明の電池パックは、モータ制御信号入力端子を設け、そこから入力されるモータ制御信号を用いて内蔵する半導体スイッチング素子を制御する。電池パックの半導体スイッチング素子が電動工具のモータの電流制御及び電池パックの過放電防止の両機能を行うことより、本発明の電池パックと接続される電動工具にモータの電流制御用半導体スイッチング素子を設ける必要がない。本発明の電池パックを用いて、１個の大電流用半導体スイッチング素子のみを使用して、電動工具のモータの電流制御及び電池パックの過放電防止の両機能を行う簡単な構成で安価な電動工具システムを実現できる。
本発明は、時定数遅れを設けることにより、この電圧ドロップに反応しない電動工具システムを実現出来る。

請求項８に記載の発明は、前記電池が、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項７に記載の電池パックである。
本発明は、リチウムイオン電池の過放電を防止し、その性能が著しく低下することを防止する。本発明は、リチウムイオン電池を用いることにより、高い信頼性を有し軽量小型で大容量の電池パックを実現できるという作用を有する。

請求項９に記載の発明は、ユーザから操作指令を入力する操作部と、電源入力端子対と直接又はヒューズを介して接続されたモータと、前記操作指令に基づいて前記モータを制御するモータ制御信号を生成する制御部と、直列接続した複数の電池セルを有する電池パックの電源出力端子対と接続し前記電池パックから電力の供給を受ける前記電源入力端子対と、前記モータ制御信号を出力するモータ制御信号出力端子と、を有し、前記電池パックと着脱可能に接続される接続コネクタと、を有することを特徴とする電動工具である。

本発明の電動工具は、モータ制御信号出力端子を設け、そこから出力されるモータ制御信号を用いて電池パックが内蔵する半導体スイッチング素子を制御する。電池パックの半導体スイッチング素子が電動工具のモータの電流制御及び電池パックの過放電防止の両機能を行うことより、本発明の電動工具にはモータの電流制御用半導体スイッチング素子を設ける必要がない。本発明の電動工具を用いて、１個の大電流用半導体スイッチング素子のみを使用して、電動工具のモータの電流制御及び電池パックの過放電防止の両機能を行う簡単な構成で安価な電動工具システムを実現できる。

請求項１０に記載の発明は、請求項７又は請求項８に記載の電池パックと、請求項９に記載の電動工具と、を有することを特徴とする電動工具システムである。本発明は、１個の大電流用半導体スイッチング素子のみを使用して、電動工具のモータの電流制御及び電池パックの過放電防止の両機能を行う簡単な構成で安価な電動工具システムを実現できる。

請求項１１に記載の発明は、前記半導体スイッチング素子は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であって、前記モータ制御信号が、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号であることを特徴とする請求項８に記載の電動工具システムである。この構成により、１つの半導体スイッチング素子を用いて、モータの回転数及び／又はトルク制御と、電池パックの過放電防止の両機能を行うことが出来る。

本発明によれば、１個の大電流用（例えば１００Ａの電流容量を有する）半導体スイッチング素子のみを使用して、電動工具のモータの電流制御及び電池パックの過放電防止の両機能を行う簡単な構成の安価な電動工具システム、その電池パック及び電動工具をを実現できるという有利な効果が得られる。

以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。

《実施の形態１》
図１を用いて、実施の形態１の電動工具システム（電池パック及び電動工具を有する。）について説明する。図１は、本発明の実施の形態１の電動工具システムの構成を示す回路ブロック図である。図１において、１０１は電池パック、１０２は電動工具である。

電池パック１０１は、６個の電池セル１１１〜１１６を直列に接続した電池セル直列体、電池保護用ＩＣ１１７、時定数用コンデンサ１１８、温度検知器１１９、接続コネクタ及びヒューズ（電流ヒューズ及び／又は温度ヒューズ）を有する。温度検知器１１９は、正特性サーミスタ１３１及び比較器１３２を有する。接続コネクタは、電池セル直列体の両端子とヒューズを介して接続された電源出力端子対１２１、１２２と、放電停止指令信号を出力する放電停止指令信号出力端子１２０と、を有し、負荷である電動工具１０２と着脱可能に接続される。本実施の形態においては、電池セル１１１〜１１６はリチウムイオン電池である。実施の形態１の電池パック１０１は、過放電防止用の半導体スイッチング素子を有していない。

電動工具１０２は、ＡＮＤゲート（遮断回路）１３１、半導体スイッチング素子（ＦＥＴ）１３２、モータ１３３、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１３４、可変抵抗器１３５、パルス発生器１３６、接続コネクタを有する。接続コネクタは、電池パック１０１から電力の供給を受ける電源入力端子対１４１、１４２と、放電停止指令信号を入力する放電停止指令信号入力端子１４０と、を有し、電池パック１０１と着脱可能に接続される。電源入力端子対１４１、１４２は電源出力端子対１２１、１２２とそれぞれ接続される。放電停止指令信号入力端子１４０は、放電停止指令信号出力端子１２０と接続される。モータ１３３及びモータの電流を制御するＦＥＴ１３２とは、電源入力端子対１４１、１４２に直列に接続される。

電池パック１０１において、電池保護用ＩＣ１１７は、電池セル１１１〜１１６のそれぞれの電池セルの両端電圧を検出する。
電池パック１０１が電動工具１０２に電力を供給する（放電する）時、電池保護用ＩＣ１１７は、いずれか１つの電池セルの両端電圧が第１の所定値（下限値）より低くなった場合、その電池セルが過放電状態にならないように放電停止指令信号を生成し、放電停止指令信号出力端子１２０を通じて電動工具１０２に出力する。放電停止指令信号に従って電動工具１０２のＦＥＴ１３２がＯＦＦになり、電池パック１０１の放電が停止される。第１の所定値にヒステリシスを設けることにより、電池保護用ＩＣ１１７は、電池パック１０１の放電が停止して電池セルの両端電圧が上昇しても、その放電停止指令信号の出力を継続する。第１の所定値にヒステリシスを設けることにより、電動工具１０２がチャタリングすることを防止できる。

充電器で電池パック１０１を充電する時、電池保護用ＩＣ１１７は、いずれか１つの電池セルの両端電圧が第２の所定値（上限値であって、第１の所定値より高い値）より高くなった場合、充電停止指令信号を生成し、放電停止指令信号出力端子１２０を通じて充電器に出力する。充電停止指令信号に従って充電器の充電電流制御素子（典型的にはＦＥＴ）がＯＦＦになり、電池パック１０１への充電が停止される。第２の所定値にヒステリシスを設けることにより、電池保護用ＩＣ１１７は、充電器の充電が停止して電池セルの両端電圧が下降しても、その充電停止指令信号の出力を継続する。第２の所定値にヒステリシスを設けることにより、充電器がチャタリングすることを防止できる。充電停止指令信号の出力端子と放電停止指令信号の出力端子とを別個の端子としても良い。

時定数用コンデンサ１１８により、電池保護用ＩＣ１１７の応答が所定時間遅れる。電池保護用ＩＣ１１７は、モータ１３３の起動時の突入電流等による瞬間的な電圧低下に反応しない（瞬間的な電圧低下では放電停止指令信号を出力しない。）。つまり、電池保護用ＩＣ１１７は、いずれか１つの電池セルの両端電圧が第１の所定値より低くなり、その状態が一定時間継続した場合、放電停止指令信号を放電停止指令信号出力端子１２０から出力する。放電停止指令信号を解除する場合にも、電池保護用ＩＣ１１７の応答が所定時間遅れる。全ての電池セルの両端電圧が第１の所定値より所定値（ヒステリシス電圧）以上高くなった状態が一定時間継続した場合、電池保護用ＩＣ１１７は放電停止指令信号を停止する。

リチウムイオン電池は放電時に自己発熱し、高温状態であると性能が著しく低下するという特徴がある。このため、温度検知器１１９は、電池セル１１１〜１１６の表面温度を検知し、表面温度が所定の温度（上限値）を超えた場合、放電停止指令信号を生成し、放電停止指令信号出力端子１２０を通じて電動工具１０２に出力する。放電停止指令信号に従って電動工具１０２のＦＥＴ１３２がＯＦＦになり、電池パック１０１の放電が停止し、電池セル１１１〜１１６の表面温度は低下しはじめる。

電動工具１０２において、ユーザはＯＮ／ＯＦＦスイッチ１３４及び可変抵抗器１３５（操作部を構成する。）を操作し、モータ１３３の電源オン、高速駆動、低速駆動、電源オフ等の操作指令を入力する。ユーザがスロットルを操作することにより、可変抵抗器１３５がパルス発生器１３６に出力する電圧値（操作指令信号の１つ）が変化する。パルス発生器１３６は、電圧値に応じてパルスデューティを変化させたパルス信号（ＰＷＭ信号）を生成する。パルス信号はモータ制御信号である。電池パック１０１の放電停止指令信号出力端子１２０から出力された放電停止指令信号は、電動工具１０２の放電停止指令信号入力端子１４０に入力される。

ＡＮＤゲート１３１は、パルス発生器１３６が生成したパルス信号と、放電停止指令信号入力端子１４０から入力された放電停止指令信号とを入力する。ＡＮＤゲート１３１は、放電停止指令信号入力端子１４０から放電停止指令信号を入力していなければ、パルス信号（ＰＷＭ信号）によりＦＥＴ１３２を制御する。モータ１３３は、例えば所定のトルクを出力し又は所定の回転数で回転する。ＡＮＤゲート１３１は、放電停止指令信号入力端子１４０から放電停止指令信号を入力すれば、ＦＥＴ１４０を停止させる。パルス発生器１３６とＡＮＤゲート１３１とは、モータ１３３の制御部を構成する。

電源出力端子対１２１は、電池セル直列体の両端子とヒューズを介さず直接接続されても良い。
本実施の形態では６個の電池セルを直列接続しているが、その数は任意である。本発明は、電動工具が内蔵するＦＥＴが電動工具のモータの電流制御及び電池パックの過放電防止の両機能を行うことにより、簡単な構成で安価な電動工具システムを実現する。

《実施の形態２》
図２を用いて、実施の形態２の電動工具システム（電池パック及び電動工具を有する。）について説明する。図２は、本発明の実施の形態２の電動工具システムの構成を示す回路ブロック図である。図２において、２０１は電池パック、２０２は電動工具である。

電池パック２０１は、６個の電池セル１１１〜１１６を直列に接続した電池セル直列体、電池保護用ＩＣ１１７、時定数用コンデンサ１１８、温度検知器１１９、ＡＮＤゲート２２１、半導体スイッチング素子（実施の形態２ではＦＥＴ）２２２、接続コネクタ及びヒューズ（電流ヒューズ及び／又は温度ヒューズ）を有する。接続コネクタは、ヒューズと電池セル直列体とＦＥＴ２２２との直列体と接続された電源出力端子対１２１、１２２と、モータ制御信号を入力するモータ制御信号入力端子２２０と、を有し、負荷である電動工具２０２と着脱可能に接続される。本実施の形態においては、電池セル１１１〜１１６はリチウムイオン電池である。

電動工具２０２は、モータ１３３、ＯＮ／ＯＦＦスイッチ１３４、可変抵抗器１３５、パルス発生器１３６、接続コネクタを有する。接続コネクタは、電池パック２０１から電力の供給を受ける電源入力端子対１４１、１４２と、モータ制御信号を出力するモータ制御信号出力端子２４０と、を有し、電池パック２０１と着脱可能に接続される。電源入力端子対１４１、１４２は電源出力端子対１２１、１２２とそれぞれ接続される。モータ制御信号出力端子２４０は、モータ制御信号入力端子２２０と接続される。モータ１３３は、直接又はヒューズを介して電源入力端子対１４１、１４２に直列に接続される。図２において、図１と同一のブロック、素子には同一の符号を付し、その説明を省略する。実施の形態２の電動工具２０２は、モータの電流制御用の半導体スイッチング素子を有していない。

電池パック２０１において、６個の電池セル１１１〜１１６は、直列に接続されている。電池保護用ＩＣ１１７は、各電池セル１１１〜１１６の電池電圧を検出する。
電池パック２０１が電動工具２０２に電力を供給する（放電する）時、電池保護用ＩＣ１１７は、いずれか１つの電池セルの両端電圧が第１の所定値（下限値）より低くなった場合、その電池セルが過放電状態にならないように放電停止指令信号生成し、ＡＮＤゲート２２１に出力する。放電停止指令信号に従ってＡＮＤゲート２２１はＦＥＴ２２２をＯＦＦし、電池パック２０１の放電が停止される。第１の所定値にヒステリシスを設けることにより、電池保護用ＩＣ１１７は、電池パック２０１の放電が停止して電池セル１１１〜１１６の両端電圧が上昇しても、その放電停止指令信号の出力を継続する。第１の所定値にヒステリシスを設けることにより、電動工具２０２がチャタリングすることを防止できる。

充電器で電池パック２０１を充電する時、電池保護用ＩＣ１１７は、いずれか１つの電池セルの両端電圧が第２の所定値（上限値であって、第１の所定値より高い値）より高くなった場合、充電停止指令信号を生成し、ＦＥＴ２２２に出力する。充電停止指令信号に従ってＦＥＴ２２２がＯＦＦになり、電池パック２０１への充電が停止される。第２の所定値にヒステリシスを設けることにより、電池保護用ＩＣ１１７は、充電器からの充電が停止して電池セル１１１〜１１６の両端電圧が下降しても、その充電停止指令信号の出力を継続する。第２の所定値にヒステリシスを設けることにより、充電器がチャタリングすることを防止できる。時定数用コンデンサ１１８及び温度検知器１１９は、実施の形態１と同様の役割を果たす。

電動工具２０２において、ユーザはＯＮ／ＯＦＦスイッチ１３４及び可変抵抗器１３５（操作部を構成する。）を操作し、モータ１３３の電源オン、高速駆動、低速鼓動、電源オフ等の操作指令を入力する。ユーザがスロットルを操作することにより、可変抵抗器１３５がパルス発生器１３６に出力する電圧値（操作指令信号の１つ）が変化する。パルス発生器１３６は、電圧値に応じてパルスデューティを変化させたパルス信号（ＰＷＭ信号）を生成する。パルス信号はモータ制御信号である。パルス信号はモータ制御信号出力端子２４０、モータ制御信号入力端子２２０を通じて電池パック２０１のＡＮＤゲート２２１に入力される。

ＡＮＤゲート２２１は、パルス発生器１３６が生成したパルス信号（ＰＷＭ信号）と、電池保護用ＩＣ１１７が出力した放電停止指令信号とを入力する。ＡＮＤゲート２２１は、放電停止指令信号を入力していなければ、パルス信号（ＰＷＭ信号）によりＦＥＴ２２２を制御する。モータ１３３は、例えば所定のトルクを出力し又は所定の回転数で回転する。ＡＮＤゲート２２１は、放電停止指令信号を入力すれば、ＦＥＴ２２２を停止させる。電池保護用ＩＣ１１７とＡＮＤゲート２２１とは、制御部を構成する。

本実施の形態では６個の電池セルを直列接続しているが、その数は任意である。本発明は、電池パックが内蔵するＦＥＴが電動工具のモータの電流制御及び電池パックの過放電防止の両機能を行うことにより、簡単な構成で安価な電動工具システムを実現する。

本発明の電池パック、電動工具、電動工具システムは、産業用、家庭用等の用途に有用である。

本発明の実施の形態１の電動工具システムの構成を示す回路ブロック図 本発明の実施の形態２の電動工具システムの構成を示す回路ブロック図 従来例のリチウムイオン電池とモータを内蔵する電気機器の構成を示す回路ブロック図

符号の説明

１０１、２０１ 電池パック
１０２、２０２ 電動工具
１１１〜１１６ 電池セル
１１７ 電池保護用ＩＣ
１１８ 時定数用コンデンサ
１１９ 温度検知器
１２０〜１２２、１４０〜１４２、２２０、２４０ 接続端子
１２１、２２１ ＡＮＤゲート
１２２、２２２ ＦＥＴ
１３５ 可変抵抗器
１３６ パルス発生器
１３３ モータ

Claims (11)

1. 複数の電池セルを直列接続した電池セル直列体と、
   各電池セルの電圧を検出し、各電池セルの電圧のいずれか１つが第１の値より低い状態が一定時間継続した時放電停止指令信号を出力する制御部と、
   前記電池セル直列体の両端子と直接又はヒューズを介して接続された電源出力端子対と、前記放電停止指令信号を出力する放電停止指令信号出力端子と、を有し、負荷である電動工具と着脱可能に接続される接続コネクタと、
   を有することを特徴とする電池パック。
2. 前記制御部は、各電池セルの電圧のいずれか１つが前記第１の値より高い第２の値より高い時、充電停止指令信号を前記放電停止指令信号出力端子又は前記接続コネクタの他の端子から出力することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
3. 前記電池セルの表面温度を検出し、前記電池セルの表面温度が一定値以上になった時放電停止指令信号を出力する温度検出器と、
   を更に有することを特徴とする請求項１に記載の電池パック。
4. 直列接続した複数の電池セルを有する電池パックの電源出力端子対と接続され前記電池パックから電力の供給を受ける電源入力端子対と、各電池セルの電圧のいずれか１つが第１の値より低い時放電停止指令信号を出力する前記電池パックの放電停止指令信号出力端子と接続される放電停止指令信号入力端子と、を有し、前記電池パックと着脱可能に接続される接続コネクタと、
   前記電源入力端子対に直列に接続されたモータ及び前記モータの電流を制御する半導体スイッチング素子と、
   ユーザから操作指令を入力する操作部と、
   前記操作指令に基づいてモータ制御信号を生成し、前記放電停止指令信号入力端子から前記放電停止指令信号を入力していなければ、前記モータ制御信号により前記半導体スイッチング素子を制御し、前記放電停止指令信号入力端子から前記放電停止指令信号を入力すれば、前記半導体スイッチング素子を停止させる制御部と、
   を有することを特徴とする電動工具。
5. 前記半導体スイッチング素子は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であって、前記モータ制御信号が、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号であることを特徴とする請求項４に記載の電動工具。
6. 請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の電池パックと、請求項４又は請求項５に記載の電動工具と、を有することを特徴とする電動工具システム。
7. 複数の電池セルを直列に接続した電池セル直列体と、
   前記電池セル直列体と直列に接続され、その電流を制御する半導体スイッチング素子と、
   前記電池セル直列体と前記半導体スイッチング素子との直列体の両端子と接続され負荷である電動工具に電力を供給する電源出力端子対と、前記電動工具からそのモータを制御するモータ制御信号を入力するモータ制御信号入力端子と、を有し、前記電動工具と着脱可能に接続される接続コネクタと、
   各電池セルの電圧を検出し、各電池セルの電圧のいずれか１つが第１の値より低い状態が一定時間継続した時は放電停止指令信号を生成し、前記放電停止指令信号を生成していなければ、前記モータ制御信号により前記半導体スイッチング素子を制御し、前記放電停止指令信号を生成していれば、前記半導体スイッチング素子を停止させる制御部と、
   を有することを特徴とする電池パック。
8. 前記電池が、リチウムイオン電池であることを特徴とする請求項７に記載の電池パック。
9. ユーザから操作指令を入力する操作部と、
   電源入力端子対と直接又はヒューズを介して接続されたモータと、
   前記操作指令に基づいて前記モータを制御するモータ制御信号を生成する制御部と、
   直列接続した複数の電池セルを有する電池パックの電源出力端子対と接続し前記電池パックから電力の供給を受ける前記電源入力端子対と、前記モータ制御信号を出力するモータ制御信号出力端子と、を有し、前記電池パックと着脱可能に接続される接続コネクタと、
   を有することを特徴とする電動工具。
10. 請求項７又は請求項８に記載の電池パックと、請求項９に記載の電動工具と、を有することを特徴とする電動工具システム。
11. 前記半導体スイッチング素子は電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であって、前記モータ制御信号が、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号であることを特徴とする請求項８に記載の電動工具システム。

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